Bài giảng Trường điện từ - Chương 6: Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm về Ods, Ods hình chữ nhật, Ods hình trụ tròn, hệ số tắt dần trong Ods thực, hộp cộng hưởng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trửụứng ủieọn tửứ â TS Lng Hu Tun ê ê ª ª ª ª Chương : Khái niệm & phtrình TĐT Chương : Trường điện tónh Chương : TĐT dừng Chương : TĐT biến thiên Chương : Bức xạ điện từ Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng © TS Lương Hữu Tuấn Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng Khái niệm ods Ods hình chữ nhật Ods hình trụ tròn Hệ số tắt dần ods thực Hộp cộng hưởng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt © TS Lương Hữu Tuấn Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng Khái niệm ods 1.1 Hệ thống dẫn truyền đònh hướng 1.2 Tần số tới hạn & Sóng ngang 1.1 Hệ thống dẫn truyền đònh hướng hệ thống dẫn truyền xạ điện từ theo hướng đònh ª Khi f tăng, tổn hao (bức xạ & nhiệt) tăng theo © TS Lương Hữu Tuấn ª Dây song hành : dải sóng m °tổn hao xạ tăng kgian xạ không giới hạn °tổn hao nhiệt tăng hiệu ứng bề mặt & tổn hao đmôi ª Cáp đồng trục : dải sóng dm °tổn hao xạ không đáng kể kgian xạ giới hạn °tổn hao nhiệt tăng ª Ống dẫn sóng : dải sóng cm °tổn hao xạ không đáng kể kgian xạ giới hạn °tổn hao nhiệt không đáng kể γth = ∞ & γđm = CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.2 Tần số tới hạn & Sóng ngang ª Tần số tới hạn fth : © TS Lương Hữu Tuấn ° Sóng lan truyền không tổn hao f > fth ° Tần số tới hạn tỉ lệ nghòch với kích thước ods Do ods dùng tần số cao ª Sóng ngang : Giả sử phương truyền phương z Sóng điện từ tổng quát tổng : ° Sóng điện ngang TE : Ez = , Hz ≠ ° Sóng từ ngang TM : Ez ≠ , Hz = Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng © TS Lương Hữu Tuấn Khái niệm ods Ods hình chữ nhật Giả sử ods có : tiết diện hcn, chiều dài lớn, không tổn hao (γth = ∞ & γđm = 0), biến thiên điều hòa 2.1 Thiết lập phương trình & điều kiện biên 2.2 Sóng từ ngang TM 2.3 Sóng điện ngang TE 2.4 Tính chất ods CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.1 Thiết lập phương trình & đkiện biên (1) ª Thiết lập phương trình © TS Lương Hữu Tuấn Giả sử phương truyền phương z Do ods dài nên sóng truyền theo phương : k = ± j β E = E0 ( x, y )e − kz , H = H ( x, y )e − kz ⇒ ∂∂Ez = = − kE , ∂∂Hz = = − kH Ex = K12 ( − k ∂∂Exz − jωµ ∂∂Hyz ) c = ( − k ∂∂Eyz + jωµ ∂∂Hxz ) E y rotH = jωε E K2 c H x = K12 ( − k ∂∂Hxz + jωε ∂∂Eyz ) c H y = K12 ( − k ∂∂Hyz − jωε ∂∂Exz ) rotE = − jωµ H c c K = k + ω µε = − β + ωv2 ∂ Ez ∂x ∂2H z ∂x 2 2 + ∂∂yE2z + K c2 Ez = + ∂∂yH2 z + K c2 H z = 2.1 Thiết lập phương trình & đkiện biên (2) â TS Lng Hu Tun ê ẹieu kieọn bieõn E1t = E2t B1n = B2 n Et = Bn = Ez ( x, 0, z ) = CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.2 Sóng từ ngang TM (1) Hz = 0: ∂ Ez ∂x 2 + ∂∂yE2z + K c2 Ez = © TS Lương Hữu Tuấn Ez = X ( x).Y ( y ).e − kz ( s.v.) 2 Ye − kz ddxX2 + Xe− kz ddyY2 + K c2 XYe − kz = d2X d 2Y X dx + Y dy + K c = d X X = A sin( Mx + ϕ ) X dx2 = − M ⇒ d 2Y Y = B sin( Ny + ψ ) Y dy = − N K c2 = M + N Ez = C sin( Mx + ϕ ) sin( Ny + ψ )e − kz Ez ( x = 0) = ϕ =0 ψ =0 Ez ( y = 0) = ⇒ Ma = mπ Ez ( x = a ) = Nb = nπ Ez ( y = b) = 2.2 Sóng từ ngang TM (2) © TS Lương Hữu Tuấn Ez = C sin mπa x sin nπb y e− kz Ex = K12 (− k ∂∂Exz − jωµ ∂∂Hyz ) = K− k2 c c E y = K12 ( − k ∂∂Eyz + jωµ ∂∂Hxz ) = K− k2 c H x = K12 ( − k ∂∂Hxz + jωε ∂∂Eyz ) = c H y = K12 ( − k ∂∂Hyz − jωε ∂∂Exz ) = c ∂E z ∂x ∂E z ∂y c jωε ∂E z K c2 ∂y − jωε ∂Ez K c2 ∂x 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.2 Sóng từ ngang TM (3) Ex = − KCk2 mπ a cos mπa x sin nπb y e− kz E y = − KCk2 nπ b sin mπa x cos nπb y e − kz c c © TS Lương Hữu Tuấn Ez = C sin mπa x sin nπb y e − kz H x = − ZTM Ey Hy = ZTM Ex Hz = ZTM = k jωε c K = −β = mn ± β mn ωε + ωv2 = ( maπ )2 + ( nbπ ) β mn = (ω v)2 − (mπ a )2 − (nπ b) ª Nhận xét : °vô số kiểu sóng TMmn : TM11, TM12, TM32 … °không tồn TMmn ứng với m = hay n = 11 2.3 Soùng điện ngang TE Hx = © TS Lương Hữu Tuấn Hy = Ck K c2 Ck K c2 mπ a sin mπa x cos nπb y e− kz nπ b cos mπa x sin nπb y e − kz H z = C cos mπa x cos nπb y e − kz Ex = ZTE H y E y = − ZTE H x Ez = ZTE = jωµ k = ωµ ± β mn β mn = (ω v)2 − (mπ a )2 − (nπ b) ª Nhận xét : °vô số kiểu sóng TEmn : TE01, TE12 … °TEmn ứng với m = n = không lan truyền 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.4 Tính chất ods Tần số tới hạn : Lan truyền không tổn hao ⇒ k = ± j β mn ảo © TS Lương Hữu Tuấn ω > ω th = π v (m a )2 + (n b)2 f > fth = 2π ω th , λ < λth = v f th Vận tốc pha ods : vmn = ω β mn = v − ( f th f ) ≥ v Bước sóng ods : λmn = 2π β mn = λ − (λ λth ) ≥ λ Phân bố đường sức : đsức điện & từ lặp lại đảo chiều - sau khoảng a/m dọc theo trục x - sau khoảng b/n dọc theo trục y - sau khoảng λmn/2 dọc theo trục z 13 © TS Lương Hữu Tuấn Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng Khái niệm ods Ods hình chữ nhật Ods hình trụ tròn Hệ số tắt dần ods thực 4.1 Thiết lập công thức 4.2 Hệ số tắt dần ods thực hcn (tự đọc) 4.3 Hệ số tắt dần ods thực htt (tự đọc) 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.1 Thiết lập công thức Thực tế, γth < ∞ γđm ≠ : biên độ giảm theo qui luật e −αz © TS Lương Hữu Tuấn E = E0 ( x, y )e−α z e − j β z , H = H ( x, y )e−α z e − j β z d P − P = 12 ∫ Re{E × H *}z dS ⇒ ddzP = −2α P ⇒ α = dz S ng P iz Et = ZH z , E z = − ZH t , Z = ωµ γ ∠45o − d P dz = 12 ∫ Sth Re{E × H *}n dS = = α = 12 ωµ 2γ ∫ ∫ Sng Cng ωµ 2γ ∫ Cng H tt2 dl H tt2 dl (Np/m) Re{E × H *}z dS 15 © TS Lương Hữu Tuấn Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng Khái niệm ods Ods hình chữ nhật Ods hình trụ tròn Hệ số tắt dần ods thực Hộp cộng hưởng 5.1 Khái niệm 5.2 Hch hình chữ nhật không tổn hao 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.1 Khái niệm © TS Lương Hữu Tuấn HCH hộp kim loại dẫn điện tốt, bên điện môi tốt ª Hai thông số quan trọng hệ thống cộng hưởng : °tần số cộng hưởng °độ phẩm chất Q Q = 2π W Wd ª Khác với mạch RLC : °TĐ & TT liên hệ chặt chẽ với °Qhch >> QRLC 17 5.2 Hch hình chữ nhật không tổn hao Hộp cộng hưởng có γth = ∞ & γđm = © TS Lương Hữu Tuấn Sử dụng công thức ods cách xét đồng thời sóng thuận & nghòch gây mặt z = & z = c ª Sóng TEmnp ª Sóng TMmnp ª Nhận xét 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ª Sóng TEmnp Ex = jKωµ2 nbπ cos maπ x sin nπb y (C1e− j β mn z + C2 e j β mn z ) c Ex ( x, y, 0) = Ex ( x, y, c) = © TS Lương Hữu Tuấn β mn = pπ c = ( ωv ) − ( maπ ) − ( nbπ ) H x = − KA2 pcπ maπ sin mπa x cos nπb y cos pπc z c H y = − KA2 pcπ nbπ cos mπa x sin nπb y cos pπc z c H z = A cos mπa x cos nπb y sin pπc z Ex = KA2 jωµ nbπ cos mπa x sin nπb y sin pπc z c E y = − KA2 jωµ maπ sin mπa x cos nπb y sin pπc z c Ez = Điều kiện : °m, n không đồng thời °p khác 19 â TS Lng Hu Tun ê Soựng TMmnp Ex = − KA2 pcπ maπ cos mπa x sin nπb y sin pπc z c E y = − KA2 pcπ nbπ sin mπa x cos nπb y sin pπc z c Ez = A sin mπa x sin nπb y cos pπc z H x = KA2 jωε nbπ sin mπa x cos nπb y cos pπc z c H y = − KA2 jωε maπ cos mπa x sin nπb y cos pπc z c Hz = Điều kiện : °m, n khác 20 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ª Nhận xét °vô số tần số cộng hưởng pπ c = ( ωv ) − ( maπ ) − ( nbπ ) © TS Lương Hữu Tuấn ω mnp = π v ( ma ) + ( bn ) + ( cp ) °sóng điện & từ lệch pha 90o : chuyển hóa lượng W0 = We + Wm = const = We max = Wm max 21 © TS Lương Hữu Tuấn Tóm tắt chương Khái niệm ods Ods hình chữ nhật Ods hình trụ tròn Hệ số tắt dần ods thực Hộp cộng hưởng 22 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... sức : đsức điện & từ lặp lại đảo chiều - sau khoảng a/m dọc theo trục x - sau khoảng b/n dọc theo trục y - sau khoảng λmn/2 dọc theo trục z 13 © TS Lương Hữu Tuấn Chương : Ống dẫn sóng - Hộp cộng... nbπ ) © TS Lương Hữu Tuấn ω mnp = π v ( ma ) + ( bn ) + ( cp ) °sóng điện & từ lệch pha 90o : chuyển hóa lượng W0 = We + Wm = const = We max = Wm max 21 © TS Lương Hữu Tuấn Tóm tắt chương Khái... Hch hình chữ nhật không tổn hao 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.1 Khái niệm © TS Lương Hữu Tuấn HCH hộp kim loại dẫn điện tốt, bên điện môi tốt ª Hai thông số quan